曲线段盾构施工专项方案

1、曲线段盾构施工专项方案一？概况1）盾构小半径曲线施工概述目前,我国正处于大规模建设时期，基础设施，尤其是交通设施建设如火如荼？在城市中，以地铁为龙头的地下空间综合利用和建设，受既有建（构）筑物和有限空间的限制，出现了大量复杂线型（如小半径？大纵坡）或复合近接（小净距？下穿铁路？立交？叠交）的隧道工程？小半径曲线盾构施工时盾构对外侧地层是挤压的状态，因盾尾空隙的发生会使地层向隧道内侧位移，回填压注压力也会使隧道产生位移，同时由于在小曲线地段的盾构，是用管片和地层反力掘进的，因此推进力的反力会使隧道向曲线外侧位移，如果隧道的纵向刚度和地层的刚度过小，可能引起管片和其外地层的过大位移，以及使土压超过

2、土体的被动压力而过大扰动？因此小半径曲线地段的轴线控制难度较大，同时管片向外侧扭曲而挤压地层使地层和管片结构均受到复杂的影响？2）适用范围适用于软土地区土压平衡式盾构机小半径曲线掘进？二?盾构小半径曲线施工工艺1）工艺流程图工艺流程如图2-1所示2)盾构机的适用性采用较接式盾构进行施工？由于盾构增加了较接部分，使盾构切口至支撑环，支撑环至盾尾都形成活体，增加了盾构的灵敏度，对隧道的轴线控制更加方便以及管片外弧碎裂和管片渗水等情况得以大大改善？(1) ?适当的超挖量盾构大刀盘上安装有仿形刀，具有一定的超挖范围？在曲线施工时可根据推进轴线情况进行部分超挖，超挖量越大，曲线施工越容易？但另一方面，超

3、挖会使同步注浆浆液因土体的松动绕入开挖面，加上曲线推进时反力下降的因素，会产生隧道变形增大的问题？因此,超挖量最好控制在超挖范围的最小限度内？(2) ？较接角度满足要求盾构机增加较接部分，使盾构切口至支撑环，支撑环至盾尾都形成活体，增加了盾构的灵敏度，可以在推进时减少超挖量的同时产生推进分力，确保曲线施工的推进轴线控制？管片外弧碎裂和管片渗水等情况得以大大改善？较接角度a=(L1+L2)X180/冗XR其中L1？L2分别为较接盾构的前体和后体，R为曲线半径，a为盾构机在小半径曲线上的较接角度，此角度应小于盾构机自身的最大较接角度？通过固定钱接千斤顶行程差来周定盾构机的较接角度，从而使盾构机适应

4、相应得曲线半径？较接千斤顶行程差mm千斤顶最大行程差x(左右较接角度deg)/最大左右较接角度deg？2.3管片的适用性对于小半径曲线地段，根据上海地铁类似工程的施工经验，采用宽1.0m管片？管片宽度采用1.0m比1.2m更有利于线路曲线的拟合，管片拼装更容易，也有利于减少管片的碎裂和隧道的整体防水？对小半径曲线地段的管片楔形量检算：以管片外径6.2m,曲线半径R=230nffl曲线段进行检算L1/R1=L2/R2即L1/233.1=L2/226.9得L1=1.027325L2内？外弧长差值为：4L=L1-L2=0.027325L2当管片宽度为1.0m时,L2=1.0m时，L=27.32mm设

5、计楔形量L=32.34mmL=27.32mm小半径圆曲线段设计管片排版采用6环1.0m宽楔形+1环1.2m宽直线环：7.2AL=196.70mm,6AL=194.04mm,7.2AL-6AL=2.66mm以上计算可知,6环1.0m宽楔形+1环1.2m宽直线环的排版方式很好的拟合了R=230mJ、半径圆曲线？3)隧道辅助措施(1)隧道管片壁后注浆加固隧道每掘进完成2环，及时通过管片的预埋注浆孔对土体进行复合早凝浆液二次压注加固，范围为管片壁后2m?(2)隧道内设纵向加强肋针对小半径曲线上隧道纵向位移较大，在隧道靠近开挖面后5060曰围管片设置加强肋以增强隧道纵向刚度，控制其纵向位移？加强肋采用双

6、拼22a槽钢用钢板焊接成型，用螺栓将其与管片的预留注浆孔进行连接，从而将隧道纵向连接起来，以加强隧道纵向刚度？加劲肋部位及构造详见加强肋构造图？(3)加强螺栓复紧每环推进结束后，须拧紧当前环管片的连接螺栓，并在下环推进时进行复紧，克服作用于管片推力产生的垂直分力，减少成环隧道浮动？每掘进完成3环，对10环以内的管片连接螺栓复拧一次？4)推进轴线预偏设置在盾构掘进过程中，要加强对推进轴线的控制？曲线推进时盾构实际上应处于曲线的切线上，因此推进的关键是确保对盾构机姿态的控制？由于盾构掘进过程的同步注浆及跟踪补注的双液浆效果不能根本上保证管片后土体的承载强度，管片在承受侧向压力后，将向弧线外侧偏移？

7、为了确保隧道轴线最终偏差控制在规范允许的范围内，盾构掘进时给隧道预留一定的偏移量？根据理论计算和和上海相关施工实践经验的综合分析，同时需考虑掘进区域所处的地层情况，在小半经曲线隧道掘进过程中，将设置预偏量2040mm如图2-2所示，施工中通过对小半径段隧道偏移监测，适当调整预偏量？图2-2小半径曲线段盾构推进轴线预偏示意图5)盾构施工参数选择1?严格控制盾构的推进速度推进时速度应控制在12cm/min?即避免因推力过大而引起的侧向压力的增大,又减小盾构推进过程中对周围土体的扰动？2?严格控制盾构正面平衡压力盾构在穿越过程中须严格控制切口平衡土压力，使得盾构切口处的地层有微小的隆起量(0.51m

8、m)来平衡盾构背土时的地层沉降量？同时也必须严格控制与切口平衡压力有关的施工参数，如出土量？推进速度？总推力？实际土压力围绕设定土压力波动的差值等？防止过量超挖？欠挖，尽量减少平衡压力的波动？其波动值控制在0.02MPa以内？3？严格控制同步注浆量和浆液质量由于曲线段推进增加了曲线推进引起的地层损失量及纠偏次数的增加导致了对土体的扰动的增加，因此在曲线段推进时应严格控制同步注浆量和浆液质量，在施工过程中采用推进和注浆联动的方式，确保每环注浆总量到位，确保盾构推进每一箱土的过程中，浆液均匀合理地压注，确保浆液的配比符合质量标准？通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中的土体变形？注浆未达到要

9、求时盾构暂停推进，以防止土体变形？每环的压浆量一般为建筑空隙的200%250%J2.73.2m3/环,采用可硬性浆液,浆液稠度911cm泵送出口处的压力不大于0.5MPa左右？具体压浆量和压浆点视压浆时的压力值和地层变形监测数据选定？根据施工中的变形监测情况，随时调整注浆参数，从而有效地控制轴线？6)土体损失及二次注浆由于设计轴线为小半径的圆滑曲线，而盾构是一条直线，故在实际推进过程中，实际掘进轴线必然为一段段折线，且曲线外侧出土量又大？这样必然造成曲线外侧土体的损失，并存在施工空隙？因此在曲线段推进过程中在进行同步注浆的工程中须加强对曲线段外侧的压浆量，以填补施工空隙？每拼装两环即对后面两环

10、管片进行复合早凝浆液二次压注，以加固隧道外侧土体，保证盾构顺利沿设计轴线推进？浆液配比采用：水泥：氯化钙：水玻璃=30:1:1,水灰比为0.6？二次注浆压力控制在0.3Mpa以下；注浆流量控制在31015L/min,注浆重约0.5m/环?7)严格控制盾构纠偏量盾构的曲线推进实际上是处于曲线的切线上，推进的关键是确保对盾构的头部的控制，由于曲线推进盾构环环都在纠偏，须做到勤测勤纠，而每次的纠偏量应尽量小，确保楔形块的环面始终处于曲率半径的径向竖直面内？除了采用楔型管片，为控制管片的位移量，管片纠偏在适当时候采用楔形低压棉胶板，从而达到有效地控制轴线和地层变形的目的？盾构推进的纠偏量控制在23mm

11、/m针对每环的纠偏量，通过计算得出盾构机左右千斤顶的行程差，通过利用盾构机千斤顶的行程差来控制其纠偏量？同时，分析管片的选型，针对不同的管片需有不同的千斤顶行程差？8)盾尾与管片间的间隙控制小曲率半径段内的管片拼装至关重要，而影响管片拼装质量的一个关键问题是管片与盾尾间的间隙？合理的周边间隙可以便于管片拼装，也便于盾构进行纠偏？(1)施工中随时关注盾尾与管片间的间隙，一旦发现单边间隙偏小时，及时通过盾构推进方向进行调整，使得四周间隙基本相同？2)在管片拼装时，应根据盾尾与管片间的间隙进行合理调整，使管片与盾尾间隙得以调整，便于下环管片的拼装，也便于在下环管片推进过程中盾构能够有足够的间隙进行纠

12、偏？3）根据盾尾与管片间的间隙，合理选择楔型管片？小曲率半径段时，盾构机的盾尾与管片问间隙的变化主要体现在水平轴线两侧，管片转弯正常跟随盾构机，当盾构机转弯过快时，隧道外侧的盾尾间隙就相对较小；当管片因楔子量等原因超前于盾构机转弯时，隧道内侧的盾尾间隙就相对较小？因此，当无法通过盾构推进和管片拼装来调整盾尾问隙时，可考虑采用楔型管片和直线型管片互换的方式来调整盾尾间隙（可结合管片选型软件指导）9）盾构纠偏及测量姿态调整（1）盾构及管片纠偏盾构掘进中，由下述方法保证盾构推进轨迹和隧道设计中心线的偏差在设计允许范围内？采用调整盾构千斤顶的组合来实现纠偏盾构千斤顶按上？下？左？右四个扇形分布，推进千

13、斤顶的油泵为变量泵，当盾构需要调整方向时，可通过比例阀调整四个区域的油压，来调节千斤顶的顶力？如盾构偏离设计轴线，而需纠偏时，可在偏离方向相反处，调低该区域千斤顶工作压力，造成两千斤顶的行程差，也可采用停开部分千斤顶获得行程差？但这样易造成衬砌部分区域受力不匀，使管片损坏？盾构纠偏时要使千斤顶各区域压力分布呈线性状态，如盾构要向右纠，除左区要较右区有一个较大的压力差外，上？下区域的压力也要适当，一般可取左？右区域压力的平均值？同理，如需上？下纠偏时，可造成上？下区域千斤顶的压力差？采用微量楔形料进行隧道管片纠偏在曲线段采用管片环面上粘贴楔形低压棉胶板的方法，使直线段管片成为微量楔形轴线和设计轴

14、线拟合？石棉橡胶板的压缩率为12%,分段粘贴好的石棉橡胶板经推进过程中千斤顶压缩后，成一平整楔形环面？管片在制造中，会存在微小的误差（特别是环宽的误差）,管片在拼装过程中也会产生误差，这些误差的积累和发展会导致盾构虽未偏离设计轴线，但盾尾的管片变得越来越难拼装，测量管片的偏差，会发现管片中心线已呈偏离设计轴线的趋势，采取以下预防措施：a？在每一环管片拼装时，测量上一环管片与盾构内壳上？下？左？右各点的间隙，若各点间隙均在1cm以上，可视作管片轴线与盾构轴线拟合？若测得某点间隙小于1cm,则可视作管片已开始偏离盾构轴线，此时可用微量石棉橡胶楔形料进行纠偏，将最大楔形量贴于间隙小处的衬面上？b?一

15、次最大楔形量不得大于5mm若超过5mm管片橡胶止水条的压缩量变小，会失去止水效果？所以在曲线段掘进时当安装楔形管片后仍需粘贴纠偏条时，应分数环粘贴，不应一环粘贴过厚?c?若最大楔形量为5mm压缩后为4.10mm尸次可纠偏斜率为千分之零点六六？测得管片与盾构的偏差斜率后，即可算得纠偏的环数？(2)盾构测量与姿态控制盾构机的测量是确保隧道轴线的根本，在小曲率半径段是盾构机的测量极为重要？在小曲率段推进时，应适当增加隧道测量的频率，通过多次测量来确保盾构测量数据的准确性？同时，可以通过测量数据来反馈盾构机的推进和纠偏？在施工时，如有必要可以实施跟踪测量，促使盾构机形成良好的姿态？由于隧道转弯曲率半径

16、小，隧道内的通视条件相对较差，因此必须多次设置新的测量点和后视点？在设置新的测量点后，应严格加以复测，确保测量点的准确性，防止造成误测？同时，由于盾构机转弯的侧向分力较大，可能造成成环隧道的水平位移，所以必须定期复测后视点，保证其准确性？由于线路的急转弯，间距2030环布置测量吊篮，每推进5环复测一次导线点？盾构机推进采用自动测量系统，推进时每2-3min自动测量一次盾构姿态？盾构机拼装后，应进行盾构纵向轴线和径向轴线测量，其主要测量内容包括刀口？机头与机尾连接中心？盾尾之间的长度测量；盾构外壳长度测量；盾构刀口？盾尾和支承环的直径测量？盾构机掘进时姿态测量应包括其与线路中线的平面偏离？高程偏

17、离？纵向坡度?横向旋转和切口里程的测量，各项测量误差满足下表2-1要求：表2-1测量误差表测量项目测量误差测量项目测量误差平向？高程偏离值(mm)5纵向坡度(%)1里程偏离值(mm)5切口里程(mm)10枷可旋转角()3以盾构中心轴线作为X轴？垂直于轴线方向为Y轴？Z轴即为高程方向，刀盘中心作为坐标圆点？在刀盘后面固定螺杆盾构姿态的测量前点？利用激光站支架置镜在盾构主机支架上设一个支导线点？然后置镜支导线点后视激光站导线点测出A?B?C三点的大地坐标？因为A?B?C三点相对于01O标轴有固定关系，根据A?B?C三点的实测坐标利用三维坐标转换关系就能定出010的实际位置及刀盘中心0的坐标，利用0

18、点的实测坐标就能计算出盾构的实际里程以及前后参考点的俯仰情况，根据A?C两点的理论高差和实测高差计算出盾构的具体旋转情况，根据姿态的实测通过调整千斤顶和注浆压力来对盾构进行纠偏以达到盾构能按预定位置掘进？盾构姿态测量示意如图2-3所示o固定的螺杆C.（X,Y,Z）坐标圆点（前参考点）盾尾后参考点10）监控量测及信息反馈（1）施工监测内容针对该区间隧道沿线的建（构）筑物及地下管线设施，结合盾构推进施工中引起地面沉降的机理采用如下监测内容：地表环境沉降监测地表沉降地下管线沉降建（构）筑物沉降在建隧道沉降监测（2）施工监测范围及点位布置1?地表沉降点布设建立地面沉降监测网，即在现场布置平行于隧道轴线

19、的沉降监测点和垂直于隧道轴线的沉降监测点？平行于隧道轴线的沉降监测点一般情况每5环布设一点，垂直于隧道轴线的沉降监测点每100环布设一组长24米的断面，每组均为9点，距离隧道轴线分别为2米?4米？6米？12米；在两长断面中间再布设一12米长的短断面，测点该区间距隧道轴线分别为3米?6米对称布设？平行于隧道轴线的地面监测点主要用于观测盾构施工时对地面的影响程度；垂直于隧道轴线的地面监测点主要用于观测盾构施工时对地面的影响范围？盾构施工的监测范围一般为盾构前20环，后30环?对范围以外30100环的测点每周复测一次，对100环外所有新完成区间监测点每月观测一次？在整个区间隧道施工完成后对该区间地表

20、轴线点再测量一次看后期变化量？2?地下管线沉降施工前与各种管线单位联系，摸清地下管线的准确位置，并将管线落到具体的布点图上,按管线单位要求进行监测点的埋设，并做好监测点的保护工作？同时加强沿线巡视并把监测信息及时反馈给各管线单位？本着即能全面掌握信息，又要经济安全地完成整个隧道工程的原则，对常规管线的监测利用地表沉降监测网？但为了更直接地了解盾构施工对管线的影响程度，对轴线两侧各5米范围内各种管线的设备点(如阀门井？抽气井？人孔？鲁井等)进行直接监测，在管线单位的监控下确保管线的安全，并控制管线的沉降在容许的范围内？3？建筑物沉降对盾构推进切口附近方圆30m内涉及的建筑物进行监测？4？隧道沉降

21、监测沿着隧道推进方向在隧道的管壁上布设沉降监测点，在进？出洞50环范围内，每隔5环布设一点，在其他部位每隔10环布一沉降监测点？每次监测范围为新施工区段100环，前期已完成区段100环？(3)监测技术要求及监测频率1？监测精度在监测工作中，监测精度应满足以下要求：沉降位移监测误差00.5mm;2？监测频率监测工作自始至终要与施工进度相结合，监测频率与施工工况相一致，应根据施工的不同阶段，对影响范围内的监测对象，合理安排施工监测频率：(1)地面沉降？管线沉降：在区间隧道盾构出洞前布设监测点，测2次,取得稳定的测试数据，在盾构出洞后即开始监测，在盾构推进期间正常情况下2次/天，施工区域30100米

22、以远的已完成区段1次/周,1个月后且沉降速率小于3mm周监测频率可根据工程需要随时调整，以满足保护环境的要求？(2)建筑物沉降：监测频率2次/天，及时了解建筑物的变化情况，在盾构穿越危房时要增加监测频率，根据沉降量及沉降速率及时调整监测频率，保证监测信息准确及时？(3)隧道(环片)沉降：测试频率为：离推进面20m范围之内时，1次/天；离推进面20m至50m范围时,1次/2天；离推进距离大于50m范围时,1次/周；隧道贯通后1次/月，沉降稳定后改为1次/2个月，直至验收；2.11.4监测资料的分析？处理及资料报送1?监测测量结果在测量工作结束后2小时内提供，出现险情时，及时提供监测数据？2?监测

23、资料每日以报表形式提交，报表要对应工况，工况要以图表反映，说明施工时问及相应施工参数？这样有利于对监测报表进行综合分析，提高报表的实用性和可靠性？3?每周提交有数据？有分析？有结论(沉降变化曲线)的周报小结；4？全部工程结束后一个月，提交监测总结报告？三？劳动力组织劳动力组织如表3-1所示：表3-1劳动力配置表盾构司机2起重工2电瓶车司机4电工3桁车司机2焊工3反挖司机2防水工4盾构维修人员3注浆工6测量工2磴士车司机6机修工4普工6合计49注：上表标准为软土地区的盾构配置，如果为其他类型盾构则增加23名修理人员四？机具设备配置主要设备如表4-1所示:表4-1主要设备配置表机械设备名称型号规格

24、数量备注土压平衡盾构机1套带有校接装置和超挖刀龙门吊32t/5t1台龙门吊24t或16t1台根据场地需要电瓶机车18-25t直-交2台根据牵引负荷选取碓土车818n356台运浆车57m1台用于同步注浆运浆车5731台用于改良直流充电机2台与蓄电池配套蓄电池组4组与电瓶车配套始发反力架承受推力8001500t6台与地质？盾构有关移动始发托架承重400500t6台与盾构配套砂浆搅拌机C33m1台惰性浆液浆液搅拌系统253/h1台水泥砂浆通风机2X37KW1台密封运硝车15t以上46辆自卸汽车1辆潜水泵36台卷扬机5t2台卷扬机1t1台砂轮机1台台钻1台电焊机24台五？质量控制要点1?在曲线段推进过程